橋梁工程中水中墩施工技術

范 菲

中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東 日照 276800

1 工程概況

某標段總長1.117km，主線為0.398km。該段橋梁建設比例較大，樁基共計255 根，受地質條件以及既有橋梁的制約較明顯，人工挖孔樁總量達77 根，存在較高安全風險，對施工技術提出較高要求。該段墩柱總量166 根，包含39根高度超20m 的墩柱，主要建設在A、I、J 匝道橋，所在施工環境較為苛刻，高墩施工發生于水中或是地勢較陡峭的邊坡處，急需選擇合適的施工技術解決各類難題。

2 水中墩施工技術

2.1 水中棧橋的搭設

水中鋼結構平臺的作用是完成鉆孔作業、完成鉆孔樁鋼筋籠的儲存和安裝作業、放置部分鉆孔、下鋼筋籠、澆筑混凝土等過程中的輔助材料、提供人員操作平臺。其結構形式：支柱采用壁厚1cm、直徑為63cm 的螺旋鋼管，長度為24m，共l6 根，設置剪刀撐。連接（角鋼75mm×75mm× 8mm）。分配橫梁采用I30 工字鋼、縱梁采用貝雷梁（下邊加強，上邊不加強），橋面采用I36 工字鋼上鋪4mm 鋼板。平臺平面尺寸為21m×21m。平臺施工的機械主要有120t 駁船、50t 履帶吊、DZ90 液壓型振動錘（帶兩個夾具）等。

2.2 圍堰施工

（1）步驟。①采用鋼板樁下沉方式，先利用自重下沉，然后開啟安裝在圍堰上的4 個小型振動錘振沉，同時開啟大型泥漿泵在圍堰內抽水，如發現下部不平，漏水嚴重，要用高壓水槍，沖射淤泥，繼續開啟振動錘往下沉。一直沉入粉質黏土層50cm 下為止，粉質黏土的承載力較好，塑性指數低，防滲漏較好。②鋼板樁圍堰下沉以后在周圍包土工布，在圍堰的外圍拋優質黏土的編織袋，頂寬＞1.5m，高度必須在河床以上1m 的位置，同時在圍堰內部拋石塊，厚度約為50cm。③啟動泥漿泵抽水，檢查圍堰的滲漏情況，在圍堰外內塞橡膠片等。圍堰完成以后上口必須高出水面1 ～1.5m，同時預留多余一圈短節，以免現場情況變化等。鋼板樁下沉完成后即可抽水開挖。④對于該工程設計有支撐的圍堰，應先支撐再抽水，同時檢查各節點是否頂緊，板樁與導框間木楔是否敲緊，防止因抽水而出現事故。

（2）主要施工程序。①插打鋼板樁。②有水開挖，邊開挖邊下放第二道圍囹，抽水至第一道圍囹下50cm，安裝第一道圍囹。③有水開挖至第二道圍囹設計標高下50cm，按照設計標高安裝第二道圍囹，重復以上工序1 次。④有水開挖至基坑底，澆筑1.5m 的封底砼。⑤承臺施工，將第三道圍囹澆筑在一級承臺里，承臺施工完畢后拆除第一、二道圍囹。以上工況中較危險的為第四道，經過計算此工況能安全通過。

（3）計算方式。計算采用結構力學求解器，取鋼板樁周長每延米建立簡化力學模型，其中，鋼板樁、支撐與圍檁均采用梁單元模擬。鋼梁材質的抗彎強度設計值計算公式如下：

式中：σ 為鋼梁材質的抗彎強度設計值，N/mm2；Mmax為鋼板樁彎矩最大值，kN·m；W 為鋼梁的截面模量，mm3。

當基坑底為淤泥層時，如果鋼板樁背后的土柱重量超過基坑底面以下地基土的承載力時，地基的平衡狀態受到破壞，就有可能發生坑壁兩側土的流動，使坑頂下陷，出現坑底隆起的現象，故有可能造成坑壁坍塌、基底破壞等嚴重情況。為了避免這種現象發生，施工前需對地及穩定性進行驗算，經過檢算封底砼可以抵抗流土壓力。

2.3 水中護筒

埋設雙護筒是重要施工環節，該工程中鉆孔樁直徑設為1.2m，根據此要求，將內護筒直徑設為1.3m，外護筒直徑設為1.5m。制作定型半網，在兩者間設置螺栓以便穩定連接，要求各節段長度為1m，準備2 節高度為0.5m 的護筒，以便根據實際施工需求靈活配置護筒，各節段均利用法蘭螺栓連接，加強對護筒底口的加固處理，使其具有足夠的穩定性。

進行護筒的埋設作業時，首先操作外護筒，確保無誤后再組織內護筒的埋設作業，使各護筒節段可形成穩定連接關系，兩個半圓護筒的連接過程中宜使用鐵絲綁捆的方式。由于現場施工環境復雜，因此可以通過埋設護筒的方式為鉆孔施工創造良好條件，在避免鉆孔期間發生穿孔現象的同時，也便于放置泥漿泵[1]。此外，順利完成護筒的埋設作業后，可給澆筑施工提供便捷的條件，以保證澆筑高度與澆筑量。選擇半圓護筒鐵絲連接的方式時考慮到內護筒的施工要求，在結束混凝土的澆筑作業后確保其能夠有效拔出。實際操作中，可將設置在半圓護筒間的鐵絲割斷，從而有序將各護筒快速、安全地取出。護筒埋設過程中，其高度應超過水面1m，且要控制好孔內泥漿，使其超出河面0.5m。

2.4 鉆孔

根據鉆孔施工要求緩慢造漿，選擇性能良好的小型泥漿泵，將該裝置放置于內護筒處，順利將孔內泥漿抽出，使其轉移到沉淀池內。若施工現場臨近河岸，此條件下允許將泥漿池設置在岸邊；而針對施工現場與河岸較遠的情況，則要靈活調整沉淀池的設置方式，可將泥漿池作為沉淀池使用，再經過沉淀處理后將泥漿導入孔內以達到循環作業的效果。嚴格控制好泥漿性能，要求比重為1.1，內部的沙體含量應控制在總量的6%以下。

鉆孔過程中易發生塌孔現象，為確保鉆孔期間的安全性，應以地質條件為基本參考，合理調整鉆孔速度，期間加強對各項施工要素的檢查，如護筒狀態、泥漿性能等，若與設計要求存在偏差則要及時調整，確保各方面都滿足施工要求。

2.5 水中墩爬升

考慮到水中墩混凝土的強度要求，需有效清理水中墩爬升導軌，并于該處均勻涂抹適量潤滑油。與此同時，按照設計要求頂升液壓油缸，全面檢查上下頂升的安裝情況。順利完成爬軌的爬升作業后，再組織人員安裝水中墩的模板，并搭建具有穩定性的爬架。具體步驟如下：

（1）深度清理爬架，檢驗液壓油缸的運行狀態，若存在偏差則要及時調整，解除預選設置在墩身和爬架間的連接點。（2）檢查爬架的爬伸狀態，當滿足高度要求后需安裝安全銷。（3）在上述工作順利完成后，關閉控制柜和進油閥的電源，結束整個水中墩的施工作業。

2.6 鋼筋綁扎及混凝土灌注

鋼筋是水中墩施工中的重要材料，需統一在加工棚內制作，按設計要求控制鋼筋的規格，鋼筋綁扎的位置要準確，且要具有穩定性。

混凝土灌注施工前，必須將灌面清理干凈，全面檢查各預埋組件，觀察其是否出現位置偏移等問題，檢驗施工設備的安裝狀態以及運行情況，確保各方面都準備到位后方可正式進入灌注環節。

拌和站根據現場施工要求生產適量滿足質量要求的混凝土，運輸過程中加強防護，以免溫度散失過快或是發生離析現象，且要做到隨拌隨用。水中墩施工工作量較大，采取逐層灌注的方式較為合適，施工過程中加強安全防護，以免發生人員傷亡事故。

要想順利完成振搗作業，就必須提高混凝土的密實度，并合理操作振搗設備，以免出現設備碰觸預埋構件的情況，振搗時設備需適當向下層延伸，以便增強相鄰層的連接穩定性。待混凝土滿足設計強度要求后即可拆模，再及時組織養護，期間可涂抹適量養護劑，保證水中墩的質量。

3 墩帽施工與水中墩拆除工作

水中墩施工難度較大，部分情況下網架高度將超過搭建好的工作平臺，此時若不具備施工條件，則需隨即暫停水中墩的爬升作業。澆筑墩身時密切檢查混凝土高度上升情況，當達到空心段后表明已經灌注到位，可及時暫停灌注施工。若水中墩到達實心段的底層，此時則需及時在墩壁處設預埋螺栓，再將預先搭建好的內模板拆除。

需注意的是，此時網架平臺和內爬架兩部分依然維持原狀，即暫不拆除連接點，將爬模的一節嵌入墩帽。設置支撐體，以便維持水中墩的穩定性，橋墩上安裝底模框架，選擇鋼架的形式，做好對其的綁扎作業后再組織澆筑作業，伴隨澆筑的持續進行，當達到墩底實心段后即可結束澆筑作業。

由于水中墩模板用量較多，因此需在吊塔的輔助下完成拆模作業，并按照合理的順利依次拆除，不可損傷墩身結構。最大限度地減少高空作業量，優先選擇在地面完成，減少安全隱患，創造安全、高效的施工環境。

4 結束語

為了充分發揮出水中墩施工技術的優勢，需加強對各道工序的質量檢驗和控制，根據現場情況編制設計及施工方案，將水中鉆孔、模板安裝、灌注混凝土等各相關工作落實到位，做到實時監測，根據監測的信息及時調整工藝方法，在安全的環境中順利完成墩身施工作業，從而確保橋梁建設質量。